El treball, dirigit per científiques del CSIC a l'Institut de Química Avançada de Catalunya (IQAC), s'ha publicat al Journal of the American Chemical Society. El mètode permet visualitzar el funcionament de l'enzim ceramidasa àcida, l'alteració de la qual està associada a trastorns hereditaris com la malaltia de Farber o l'atròfia muscular espinal amb epilèpsia mioclónica progressiva. És també el primer mètode per imatge que permetria confirmar l'efectivitat de les xaperones com a estratègia terapèutica per a ambdues malalties hereditàries.
Un treball liderat per científiques de l'Institut de Química Avançada de Catalunya del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC) ha desenvolupat un innovador mètode per diagnosticar malalties associades a mutacions de l'enzim ceramidasa àcida, com la malaltia de Farber, una patologia hereditària rara per a la qual no existeix tractament efectiu.
El treball, publicat a la revista Journal of the American Chemical Society, està dirigit per Gemma Fabriàs i Gemma Triola, investigadores del CSIC a l'Institut de Química Avançada de Catalunya (IQAC-CSIC).
La malaltia de Farber està causada per la deficiència de ceramidasa àcida. Encara que hi ha una gran variabilitat en els símptomes, aquests solen ser dolor, inflamació i rigidesa en les articulacions de mans i peus, nòduls subcutanis, defectes cardíacs, pulmonars i deteriorament neurològic progressiu.
Reconeix l'enzim actiu en cèl·lules vives
El nou mètode es basa en un inhibidor enzimàtic, una molècula anomenada BODIPY-SOCLAC, que ha estat sintetitzada pels científics. Per la seva estructura, aquesta molècula reacciona de manera irreversible i selectiva amb l'enzim només quan aquest últim es troba en la seva forma activa.
Donat que esta lligada a un marcador fluorescent, la molècula permet visualitzar i mesurar els nivells de ceramidasa àcida, tant en els casos en què hi ha un excés de ceramidasa àcida activa com en els que hi ha deficiència d'ella. Un aspecte destacable és que pot detectar nivells basals, de manera que no és necessari el pas previ per sobreexpressar-la i, a més, permet el seu ús directament en cèl·lules vives.
"De cara al diagnòstic, el principal avantatge és que permet la visualització de la proteïna només quan la seva estructura i funcionament són correctes, que és quan es troba en el lisosoma (un orgànul de la cèl•lula)", explica Gemma Triola, l'IQAC, i codirectora del treball.
"Quan la ceramidasa àcida està mal plegada, es degrada abans d'arribar al lisosoma", aclareix aquesta experta. Això és el que succeeix en el cas de la malaltia de Farber, malaltia per a la qual s'han detectat fins a 20 mutacions en la ceramidasa àcida.
Permetria confirmar l'eficacia de fàrmacs basats en xaperones
En aquests casos, una estratègia farmacològica són les xaperones, molècules de petit pes molecular dissenyades per acoblar-se als enzims i corregir-ne el plegament, facilitant el seu transport correcte dins de la cèl•lula. En aquest sentit, el nou mètode permetria visualitzar si, després d'aplicar les xaperones, la ceramidasa àcida arriba correctament al lisosoma.
"Una altra malaltia rara per a la qual aquest mètode té interès diagnòstic és l'atròfia muscular espinal amb epilèpsia mioclònica progressiva, una alteració neurològica que cursa amb atròfia muscular de la columna vertebral i pèrdua de neurones motores en la medul·la espinal i al tronc cerebral", explica Gemma Fabriàs. "L'ús de xaperones farmacològiques és també una opció terapèutica per aquesta malaltia que actualment no té curació", afegeix la investigadora.
La molècula BODIPY-SOCLAC és el primer mètode per imatge que permetria visualitzar i confirmar l'efectivitat de les xaperones com a estratègia terapèutica per a ambdues malalties hereditàries.
A més dels equips de l'IQAC-CSIC, el treball ha comptat amb la participació d'investigadors del grup CIBER-EHD, l'INSERM (França), de l'Escola de Medicina Icahn Mount Sinai (EUA), l'Institut Fédératif de Biologie (França) , i de la Universitat de Barcelona.
Article de referència:
Activity-Based Imaging of Acid Ceramidase in Living Cells. Ordóñez YF, Abad JL, Aseeri M, Casas J, Garcia V, Casasampere M, Schuchman EH, Levade T, Delgado A, Triola G, Fabrias G. Journal of the American Chemical Society, 2019. doi: 10.1021/jacs.8b11687
Mercè Fernández Via / Unitat de Comunicació